劉夢(mèng)佳，李海峰,2*

(1.西北農(nóng)林科技大學(xué) 農(nóng)學(xué)院/旱區(qū)作物逆境生物學(xué)國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，陜西 楊凌 712100；2.新疆農(nóng)業(yè)職業(yè)技術(shù)學(xué)院，新疆 昌吉 831100)

水稻W(wǎng)RKY轉(zhuǎn)錄因子家族研究進(jìn)展

劉夢(mèng)佳1，李海峰1,2*

(1.西北農(nóng)林科技大學(xué) 農(nóng)學(xué)院/旱區(qū)作物逆境生物學(xué)國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，陜西 楊凌 712100；2.新疆農(nóng)業(yè)職業(yè)技術(shù)學(xué)院，新疆 昌吉 831100)

綜述了水稻W(wǎng)RKY轉(zhuǎn)錄因子響應(yīng)逆境脅迫、調(diào)控發(fā)育和代謝等方面的生物學(xué)功能，介紹了水稻W(wǎng)RKY基因表達(dá)模式和作用機(jī)制研究的新進(jìn)展，并在功能解析方面做了展望。

水稻； WRKY轉(zhuǎn)錄因子； 生物脅迫； 非生物脅迫； 脅迫應(yīng)答

水稻(Oryzasativa)WRKY轉(zhuǎn)錄因子作為植物轉(zhuǎn)錄因子家族的一個(gè)重要成員，通過(guò)保守的WRKY結(jié)構(gòu)域特異性結(jié)合到啟動(dòng)子區(qū)域的W-box，直接或間接調(diào)控抗病、干旱、冷熱、高鹽、氧化損傷、衰老等相關(guān)基因的表達(dá)，參與水稻的生物、非生物脅迫反應(yīng)、激素信號(hào)轉(zhuǎn)導(dǎo)途經(jīng)、發(fā)育和代謝過(guò)程。近年來(lái)，水稻W(wǎng)RKY基因功能研究特別是在抵抗逆境方面的研究取得了很大進(jìn)展?；诖?，綜述了水稻W(wǎng)RKY轉(zhuǎn)錄因子響應(yīng)逆境脅迫、調(diào)控發(fā)育和代謝等方面的生物學(xué)功能，介紹了水稻W(wǎng)RKY基因表達(dá)模式和作用機(jī)制研究的進(jìn)展，并在功能解析方面做了展望。

1 水稻W(wǎng)RKY轉(zhuǎn)錄因子家族成員、分類及進(jìn)化

WRKY轉(zhuǎn)錄因子是近年來(lái)在植物研究中發(fā)現(xiàn)的特有新型轉(zhuǎn)錄調(diào)控因子，其參與調(diào)控多種逆境脅迫、發(fā)育和信號(hào)轉(zhuǎn)導(dǎo)過(guò)程。Ishiguro等[1]從白薯中克隆得到第1個(gè)WRKY基因SPF1，繼而在很多物種中發(fā)現(xiàn)WRKY基因。WRKY轉(zhuǎn)錄因子名稱來(lái)源于含有1個(gè)高度保守60個(gè)氨基酸組成的WRKY結(jié)構(gòu)域，其N末端有保守的WRKYGQ(K/E)K的氨基酸序列，在對(duì)靶標(biāo)基因進(jìn)行調(diào)控時(shí)，WRKY通過(guò)此保守序列對(duì)順勢(shì)作用元件中的W-Box((T)TGACC(A/T))特異性進(jìn)行識(shí)別和結(jié)合，C末端為類似鋅指蛋白的結(jié)構(gòu)，該結(jié)構(gòu)可能在植物進(jìn)化中起到重要作用[2]。WRKY轉(zhuǎn)錄因子通常包含一個(gè)或者多個(gè)WRKY的結(jié)構(gòu)域，鋅指蛋白的類型也有2種：C2H2型和C2HC型。根據(jù)這2類特征，Gujjar等[3]把WRKY家族成員分為了3大類：Ⅰ類通常含有2個(gè)WRKY域，其鋅指結(jié)構(gòu)的氨基酸組成模式為C2H2(C-X4-5-C-X22-23-H-X-H，X為任意的氨基酸)；Ⅱ類通常只含有1個(gè)WRKY域，它們的鋅指結(jié)構(gòu)與第1類靠近C端的類似；Ⅲ類成員也只有1個(gè)WRKY域，但其鋅指結(jié)構(gòu)與其他2類不同，其結(jié)構(gòu)模式為C2-HC型(C-X7-C-X23-H-X-C)。

水稻(Oryzasativa)作為全世界第一大糧食作物，也是單子葉模式植物，隨著其基因組測(cè)序的完成，功能基因組研究也取得了很大進(jìn)展。水稻基因組中共有112個(gè)WRKY基因[3]，分散在12個(gè)染色體上，但這種分布并不是隨機(jī)的，其中1號(hào)染色體上的WRKY基因數(shù)量最多。除此之外，3、5、11和12號(hào)染色體上也含有相當(dāng)數(shù)量的WRKY基因[4](圖1)，根據(jù)它們的物理距離，77.7%的WRKY基因在復(fù)制區(qū)，這些結(jié)果表明，基因組規(guī)模的復(fù)制促成了WRKY家族成員的擴(kuò)張[4]。大多數(shù)的WRKY基因呈單拷貝分布在染色體上，也有少數(shù)存在多拷貝，例如OsWRKY46存在的2個(gè)拷貝1個(gè)位于11號(hào)染色體上，另外1個(gè)在12號(hào)染色體上；粳稻中OsWRKY55和OsWRKY89分別形成串聯(lián)重復(fù)序列在3和5號(hào)染色體上[2]。因此，基因組的復(fù)制，節(jié)段復(fù)制和串聯(lián)復(fù)制是水稻W(wǎng)RKY基因家族擴(kuò)張的機(jī)制。

圖1 水稻W(wǎng)RKY基因在染色體上的分布

根據(jù)已知的水稻[5]、玉米(Zeamays)[6]、短柄草(Brachypodiumdistachyon)[7]WRKY蛋白的WRKY結(jié)構(gòu)域序列，利用最大似然法，用軟件MEGA5構(gòu)建了系統(tǒng)發(fā)育樹(圖2)。從進(jìn)化樹上來(lái)看，這些WRKY基因被分為3大類，和Eulgem等[8]的劃分是一致的，其中，Ⅱ類型的WRKY基因被分為Ⅱa、Ⅱb、Ⅱc、Ⅱd和Ⅱe 5類。比較基因組學(xué)研究發(fā)現(xiàn)，WRKY家族起源于真核生物，開花植物有著最大的WRKY家族，表明這些轉(zhuǎn)錄因子在開花植物中有著重要的調(diào)節(jié)作用。Ⅲ類型的WRKY基因在單子葉植物中大量擴(kuò)張，進(jìn)化為最高級(jí)的形式，并且具有更好的適應(yīng)性[9]。

2 水稻W(wǎng)RKY轉(zhuǎn)錄因子功能的多樣性

水稻W(wǎng)RKY轉(zhuǎn)錄因子廣泛地參與病蟲害、干旱、高溫、低溫、鹽等生物和非生物脅迫過(guò)程，除此之外，它在發(fā)育代謝、機(jī)械損傷、紫外輻射等過(guò)程中也有重要作用。

2.1 生物脅迫

研究發(fā)現(xiàn)，很多水稻W(wǎng)RKY基因都參與抗病過(guò)程，主要涉及由病毒、細(xì)菌和真菌等引起的病害反應(yīng)及水楊酸(SA)和茉莉酸(JA)相關(guān)的信號(hào)通路[10](圖3)。WRKY家族成員參與抗病反應(yīng)的主要途經(jīng)是調(diào)節(jié)防御基因的轉(zhuǎn)錄表達(dá)，這些防御基因主要包括OsNPR1基因、苯丙氨酸氨裂解酶基因(ZB8)和過(guò)氧化物酶基因(POX22.3)。OsWRKY03可被多種信號(hào)分子如水楊酸、茉莉酸甲酯(MeJA)和乙烯利(ETH)和白葉枯菌所誘導(dǎo)，過(guò)表達(dá)OsWRKY03的轉(zhuǎn)基因水稻中，抗病相關(guān)基因OsNPR1、ZB8、POX22.3等表達(dá)水平顯著上調(diào)，抵抗白葉紋枯菌的能力提高[11]。異源表達(dá)OsWRKY06的轉(zhuǎn)基因擬南芥中，防御相關(guān)基因AtPR1被激活，增強(qiáng)了抵抗十字花科蔬菜黑腐病菌的能力[12]。過(guò)表達(dá)OsWRKY22的轉(zhuǎn)基因水稻株系誘導(dǎo)后通過(guò)激活PR基因提高了對(duì)稻瘟菌的抗性[13]。異源表達(dá)OsWRKY23的轉(zhuǎn)基因擬南芥，PR基因的表達(dá)量增高，對(duì)細(xì)菌性病原體丁香假單胞菌的抗性增強(qiáng)[14]。稻瘟菌侵染水稻誘導(dǎo)OsWRKY53的表達(dá)，過(guò)表達(dá)OsWRKY53的株系提高對(duì)稻瘟病抗性?；蛐酒治鼋Y(jié)果表明，抗病相關(guān)基因OsPBZ1在過(guò)表達(dá)OsWRKY53的株系中表達(dá)上調(diào)[15]。過(guò)表達(dá)OsWRKY71的轉(zhuǎn)基因水稻中，防御信號(hào)途經(jīng)中2個(gè)標(biāo)記基因OsNPR1和OsPR1b的表達(dá)增加了對(duì)稻瘟病的抗性，表明OsWRKY71位于這2個(gè)基因上游[16]。研究結(jié)果同時(shí)表明，OsWRKY71激活防御相關(guān)基因可能是間接完成的[17]。同樣，過(guò)表達(dá)OsWRKY77的轉(zhuǎn)基因擬南芥株系通過(guò)提高防御相關(guān)基因PR1、PR2和PR5的表達(dá)，降低對(duì)丁香假單胞菌PstDC300的敏感性[18]。在水稻和稻瘟菌的不親和互作中，OsWRKY52的表達(dá)量很快升高，OsWRKY52轉(zhuǎn)錄因子可結(jié)合到OsPR1a的啟動(dòng)子上，通過(guò)激活OsPR1a參與稻瘟病防御反應(yīng)[19]。

圖2 水稻、玉米、短柄草WRKY基因家族進(jìn)化樹

WRKY轉(zhuǎn)錄因子除了調(diào)控下游防御基因的表達(dá)外，通過(guò)調(diào)控編碼作用于信號(hào)轉(zhuǎn)導(dǎo)途徑的基因從而參與防御應(yīng)答，這是WRKY轉(zhuǎn)錄因子參與生物脅迫的又一途徑。過(guò)表達(dá)OsWRKY13提高了水稻幼苗期和成熟期對(duì)白葉紋枯菌和稻瘟菌的抗性，這個(gè)過(guò)程是伴隨著SA合成和響應(yīng)基因的激活以及JA合成和響應(yīng)基因的抑制[20]。OsWRKY30能夠被SA所誘導(dǎo)，進(jìn)而上調(diào)SA響應(yīng)基因OsWRKY45表達(dá)，可增強(qiáng)白葉紋枯病的抗性[21]。另外，Qiu等[22]發(fā)現(xiàn)，稻瘟菌也能誘導(dǎo)OsWRKY45的表達(dá)。OsWRKY45-2通過(guò)誘導(dǎo)JA的合成，從而引起防御基因的響應(yīng)表達(dá)，提高對(duì)稻瘟病的抗性[23]。OsWRKY45的RNA干擾植株降低了對(duì)稻瘟菌的抵抗能力，苯并噻二唑(BTH)處理的水稻OsWRKY45的表達(dá)升高，說(shuō)明OsWRKY45可能是BTH誘導(dǎo)的防衛(wèi)反應(yīng)所必需的[24]。水稻系統(tǒng)性抵抗稻瘟病可能是依賴OsWRKY45的水楊酸信號(hào)通路[25]。OsWRKY53作為OsMPK3/OsMPK6的下游基因，是真菌病原體相關(guān)分子模式(PAMP)響應(yīng)絲裂原活化蛋白激酶(MAPK)級(jí)聯(lián)反應(yīng)的重要組成，磷酸化的OsWRKY53對(duì)水稻稻瘟病抗性菌株Ina86-137基礎(chǔ)防御反應(yīng)起調(diào)節(jié)作用。OsMKK4-OsMPK3/OsMPK6級(jí)聯(lián)調(diào)節(jié)OsWRKY53的轉(zhuǎn)錄激活，轉(zhuǎn)錄組分析過(guò)表達(dá)OsWRKY53水稻株系，結(jié)果表明，一些防御基因被激活，進(jìn)而抵抗稻瘟病[26]。抗性基因Pi36在抗稻瘟菌中表現(xiàn)出穩(wěn)定高水平抗性，在Pi36/AvrPi36不兼容的相互作用研究中，OsWRKY30、OsWRKY32、OsWRKY64等通過(guò)JA和SA通路參與Pi36介導(dǎo)的防御反應(yīng)[27]。OsWRKY82在接種稻瘟菌和白葉枯菌時(shí)被誘導(dǎo)，不親和互作比親和互作誘導(dǎo)表達(dá)水平上升更為劇烈[28]。過(guò)表達(dá)OsWRKY89提高了稻瘟病的抵抗性[29]。

在抵抗病原菌侵染中，除了正向地發(fā)揮防御技能，一些WRKY轉(zhuǎn)錄因子也可以作為負(fù)向調(diào)控因子抑制抗病反應(yīng)。在早期稻瘟病反應(yīng)中OsWRKY28的表達(dá)上調(diào)，抑制了防御基因的表達(dá)，從而負(fù)向調(diào)控抗病反應(yīng)[30]。OsWRKY28對(duì)Ina86137的防御反應(yīng)起負(fù)向調(diào)節(jié)作用，作為調(diào)制器通過(guò)降低防御相關(guān)基因表達(dá)的水平，保持防御反應(yīng)在適當(dāng)?shù)乃絒31]。OsWRKY62的2種可變拼接之一OsWRKY62-1作為水稻天然防御的負(fù)向調(diào)節(jié)因子，調(diào)節(jié)基礎(chǔ)防御和Xa21介導(dǎo)的對(duì)白葉紋枯菌的防御[32-33]。過(guò)表達(dá)OsWRKY76植株中，一系列PR基因的表達(dá)被抑制，植物抗毒性降低，對(duì)稻瘟病的敏感性增加[34]。

圖3 水稻生物脅迫相關(guān)WRKY基因通路

2.2 非生物脅迫

基因芯片和轉(zhuǎn)錄組測(cè)序等技術(shù)的應(yīng)用使得對(duì)水稻W(wǎng)RKY轉(zhuǎn)錄因子的研究更為便捷，很多證據(jù)表明，WRKY轉(zhuǎn)錄因子在參與生物脅迫反應(yīng)的同時(shí)，也參與了對(duì)外界許多非生物脅迫反應(yīng)。

Ramamoorthy等[4]對(duì)水稻中103個(gè)WRKY轉(zhuǎn)錄因子在凍害、干旱、鹽害等脅迫下的表達(dá)情況進(jìn)行了分析，結(jié)果發(fā)現(xiàn)，其中的54個(gè)基因在不同的非生物脅迫下誘導(dǎo)表達(dá)，差異表達(dá)的WRKY基因中存在正、負(fù)調(diào)控和特異性、非特異表達(dá)之分。水稻中過(guò)表達(dá)OsWRKY07提高了對(duì)干旱和鹽的耐性。異源表達(dá)OsWRKY08提高了擬南芥的滲透抗性[35]。Wu等[36]發(fā)現(xiàn)，水稻中過(guò)表達(dá)OsWRKY11表現(xiàn)出脫水耐性，葉片失水緩慢?；蛐酒治鼋Y(jié)果表明，OsWRKY11誘導(dǎo)激活棉子糖合成酶和肌糖半乳糖甘合成酶的基因，過(guò)表達(dá)株系中棉子糖含量升高，增強(qiáng)了水稻脫水耐性。Hsp101的啟動(dòng)子驅(qū)動(dòng)OsWRKY11的表達(dá)，可以提高轉(zhuǎn)基因水稻的熱和干旱耐性[37]。OsWRKY13在抗病途徑和SNAC1介導(dǎo)的非生物脅迫中通路，JA信號(hào)通路，萜類化合物代謝途徑相互拮抗，通過(guò)OsWRKY13抑制鹽脅迫，從而延緩水稻的生長(zhǎng)發(fā)育[38]。Xiao等[39]發(fā)現(xiàn)，OsWRKY13是通過(guò)選擇性結(jié)合SNAC1啟動(dòng)子，提高干旱抗性。OsWRKY24和OsWRKY28在缺水、冷和鹽逆境條件下高水平表達(dá)[40]。在ABA(脫落酸)信號(hào)通路和鹽脅迫條件下對(duì)OsWRKY45-1和OsWRKY45-2的研究結(jié)果表明，二者在鹽脅迫條件下有著不同的生理反應(yīng)：過(guò)表達(dá)OsWRKY45-1株系中ABA的敏感性降低，OsWRKY45-1的基因沉默株系中ABA的敏感性增加；相反，過(guò)表達(dá)OsWRKY45-2株系中增加了ABA的敏感性，降低了鹽的耐受性。OsWRKY45-1和OsWRKY45-2盡管在ABA和鹽脅迫下的功能不同，但在增強(qiáng)對(duì)冷和干旱脅迫耐性方面表現(xiàn)一致[23]。在不同發(fā)育時(shí)期和不同的處理?xiàng)l件下對(duì)OsWRKY23進(jìn)行表達(dá)模式分析發(fā)現(xiàn)，OsWRKY23受到鹽脅迫時(shí)表達(dá)升高[14]。Shen等[41]研究發(fā)現(xiàn)，OsWRKY30受MAP蛋白激酶的激活參與水稻抗旱，表明OsWRKY30可能作為MAPK級(jí)聯(lián)途經(jīng)的下游基因參與抗旱。

農(nóng)作物面臨的主要非生物脅迫，除了干旱還有溫度脅迫，多個(gè)WRKY基因被報(bào)道參與響應(yīng)高溫脅迫(圖4)。水稻從22/18 ℃(12/12 h)環(huán)境移到37/22 ℃的環(huán)境中，實(shí)時(shí)熒光定量PCR結(jié)果表明，2周的幼苗OsWRKY11表達(dá)量升高，相應(yīng)地，過(guò)表達(dá)OsWRKY11可提高水稻的耐高溫性[37]。OsWRKY45的表達(dá)同樣受到高溫誘導(dǎo)，表明其可能參與高溫脅迫[22]。擬南芥AtWRKY75的直系同源基因OsWRKY72能夠被PEG(聚乙二醇)、NaCl(氯化鈉)、NAA(萘乙酸)、ABA和42 ℃所誘導(dǎo)，過(guò)表達(dá)OsWRKY72失去了受高溫誘導(dǎo)下胚軸的伸長(zhǎng)作用，表明OsWRKY72參與響應(yīng)溫度脅迫[42]。OsWRKY76可被低溫所誘導(dǎo)，過(guò)表達(dá)OsWRKY76提高了冷脅迫抗性[34]。OsWRKY82的表達(dá)受機(jī)械損傷和熱誘導(dǎo)，但不受ABA、冷、高鹽、失水等誘導(dǎo)[28]。

圖4 響應(yīng)水稻非生物脅迫的WRKY基因

2.3 發(fā)育和代謝

WRKY 轉(zhuǎn)錄因子在植物逆境脅迫應(yīng)答的同時(shí)，在植物衰老、發(fā)育以及糖類合成利用等過(guò)程也都具有重要作用。

OsWRKY4和OsWRKY82在水稻劍葉衰老早期表達(dá)升高，在缺鐵導(dǎo)致衰老的過(guò)程中OsWRKY17表達(dá)水平上調(diào)。此外，正常條件下，OsWRKY23主要在水稻衰老葉片中表達(dá)，在過(guò)表達(dá)轉(zhuǎn)基因擬南芥中，通過(guò)激活衰老相關(guān)基因SAG12和SEN1可促進(jìn)離體葉片在黑暗中的衰老進(jìn)程[14]。OsWRKY42在衰老的葉片中高水平表達(dá)，過(guò)表達(dá)OsWRKY42促使早期葉片衰老，引起活性氧過(guò)氧化氫的積累，葉綠素含量降低，進(jìn)一步分析表明，OsWRKY42抑制了OsMT1d介導(dǎo)的ROS清除而促進(jìn)葉片衰老[43]。

ABA和GA(赤霉素)在控制種子成熟、休眠和萌發(fā)等過(guò)程中表現(xiàn)出拮抗作用，但新的研究發(fā)現(xiàn)兩者競(jìng)爭(zhēng)性調(diào)節(jié)許多基因表達(dá)，OsWRKY24可同時(shí)抑制ABA和GA的信號(hào)通路[44]。生長(zhǎng)素誘導(dǎo)OsWRKY31的表達(dá)，過(guò)表達(dá)OsWRKY31株系中早期生長(zhǎng)素相關(guān)基因OsIAA和OsCrl1基因在幼苗中持續(xù)表達(dá)，引起側(cè)根數(shù)目減少和伸長(zhǎng)減緩[45]。異源表達(dá)OsWRKY72的擬南芥中側(cè)根數(shù)目也減少，同時(shí)伴隨著早花，頂端優(yōu)勢(shì)的喪失和向地性反應(yīng)的增強(qiáng)[42]。水稻OsWRKY11基因的T-DNA插入突變體中，Ehd2/RID1以及下游開花基因Hd1、Ehd1和Hd3a等的表達(dá)被抑制，導(dǎo)致半矮化和晚花[46]。OsWRKY78主要在伸長(zhǎng)的莖中表達(dá)，參與莖的伸長(zhǎng)和種子發(fā)育，T-DNA插入突變體和RNA干擾的結(jié)果一致：轉(zhuǎn)基因植株的細(xì)胞伸長(zhǎng)受到影響，表現(xiàn)出半矮化和小谷粒表型[47]。

OsWRKY71在糊粉層細(xì)胞中大量表達(dá)，作為HvWRKY38的直系同源基因，它結(jié)合到Amy32b的啟動(dòng)子上，通過(guò)自身形成二聚體或者和OsWRKY51相互作用，通過(guò)激活淀粉的降解，影響種子的萌發(fā)和萌發(fā)后的生長(zhǎng)[48]。異源表達(dá)OsWRKY72表現(xiàn)出糖饑餓，引起OsWRKY62、OsWRKY67和OsWRKY45的表達(dá)上調(diào)[42]。

3 調(diào)控機(jī)制

3.1 轉(zhuǎn)錄水平上調(diào)控靶標(biāo)基因

WRKY轉(zhuǎn)錄因子通過(guò)轉(zhuǎn)錄激活、轉(zhuǎn)錄抑制直接或間接對(duì)下游的調(diào)控基因進(jìn)行調(diào)節(jié)從而發(fā)揮相應(yīng)的生物學(xué)功能。其保守的WRKY結(jié)構(gòu)域結(jié)合到目的基因啟動(dòng)子區(qū)域的W-Box上調(diào)控靶基因的轉(zhuǎn)錄。最早在抗病途徑中研究的OsWRKY71可轉(zhuǎn)錄激活防御相關(guān)基因參與抗病反應(yīng)[17]。OsWRKY6、OsWRKY28、OsWRKY76等可通過(guò)調(diào)節(jié)OsPR基因參與水稻抗病反應(yīng)。OsWRKY42可調(diào)控OsMT1d基因在葉片衰老中發(fā)揮作用。另外，WRKY基因啟動(dòng)子區(qū)富含W-box，在轉(zhuǎn)錄水平上可被自身或其他WRKY基因調(diào)控[49]。

3.2 通過(guò)磷酸化修飾和蛋白質(zhì)相互作用進(jìn)行調(diào)控

植物在抵御生物和非生物脅迫應(yīng)答中，MAPK級(jí)聯(lián)放大效應(yīng)發(fā)揮著重要作用[50]。當(dāng)接收外界刺激后MAPKKK激活MAPKK，進(jìn)而磷酸化激活MAPK，一方面磷酸化的MAPK可通過(guò)磷酸化下游的WRKY基因發(fā)揮轉(zhuǎn)錄激活作用，另一方面，MAPK可與WRKY蛋白相互作用從而進(jìn)行調(diào)節(jié)。水稻中OsWRKY33可被OsBWMK1磷酸化激活，增加OsWRKY33體外結(jié)合到W-box的能力[51]。Shen等[41]發(fā)現(xiàn)，OsWRKY30和OsMPK3、OsMPK4、OsMPK7、OsMPK14、OsMPK20-4、OsMPK20-5相互作用，并且可通過(guò)OsMPK3、OsMPK7、OsMPK14磷酸化參與水稻抗旱。在創(chuàng)傷和病原菌感染的條件下，磷酸化的OsMPK1直接和水稻防御因子OsWRKY53相互作用，通過(guò)OsMKK4-OsMPK1-OsWRKY53途徑參與機(jī)械損傷的響應(yīng)[52]。磷酸化的OsWRKY53對(duì)稻瘟病基礎(chǔ)防御反應(yīng)起調(diào)節(jié)作用，但其通路是通過(guò)OsMKK4-OsMPK3/OsMPK6級(jí)聯(lián)調(diào)節(jié)OsWRKY53的轉(zhuǎn)錄激活的[26]。

在研究ABA與GA參與合成淀粉途經(jīng)中，糊粉層細(xì)胞中OsWRKY71蛋白自身可以形成二聚體，同時(shí)可以與OsWRKY51互作共同參與對(duì)淀粉合成酶的調(diào)控[48]。

3.3 激素信號(hào)途經(jīng)及其形成的代謝網(wǎng)絡(luò)調(diào)控

WRKY 轉(zhuǎn)錄因子受外源激素類信號(hào)分子的誘導(dǎo)表達(dá)，如水楊酸、赤霉素、脫落酸、茉莉酸、乙烯等，而植物關(guān)鍵的內(nèi)源激素信號(hào)分子在誘導(dǎo)防衛(wèi)基因表達(dá)中也起著重要的作用。

水楊酸作為一種十分重要的病源信號(hào)分子，廣泛地參與了植物局部基礎(chǔ)防御和系統(tǒng)獲得抗性(SAR)，WRKY蛋白可同時(shí)參與這2種抗病過(guò)程。在對(duì)SAR 建立過(guò)程中的關(guān)鍵因子NPR1基因的研究過(guò)程中發(fā)現(xiàn)，NPR1基因可以和WRKY轉(zhuǎn)錄因子相互調(diào)控，也可以和TGA 轉(zhuǎn)錄調(diào)控因子作用從而調(diào)控下游病程相關(guān)蛋白的表達(dá)[53]。OsWRKY45在系統(tǒng)性抗稻瘟病過(guò)程中受稻瘟菌的誘導(dǎo)，OsWRKY45可通過(guò)SA途徑提高抗氧化能力而參與系統(tǒng)性抗稻瘟病[25]。OsWRKY77也通過(guò)SA途徑正向調(diào)控抗細(xì)菌性病原體侵襲[18]。而防御半寄生和腐生型病源菌常常是激活JA介導(dǎo)的抗病信號(hào)途徑[54]。OsWRKY82可受到MeJA的誘導(dǎo)，但卻不受SA的誘導(dǎo)，在抵抗非生物脅迫應(yīng)答中發(fā)揮作用[28]。OsWRKY24、OsWRKY51、OsWRKY71、OsWRKY72在糊粉層細(xì)胞中受到ABA誘導(dǎo)[55]，OsWRKY76也可受到ABA信號(hào)途經(jīng)的影響[34]。

植物生活在復(fù)雜的環(huán)境中，信號(hào)的產(chǎn)生和傳遞并不是受到單一的某一激素的調(diào)控，往往是各種信號(hào)途經(jīng)的交叉作用。在Pi36介導(dǎo)的防御系統(tǒng)中13個(gè)WRKY基因通過(guò)JA/SA途經(jīng)起作用；OsWRKY82除了受MeJA誘導(dǎo)外，還受到ET的誘導(dǎo)；OsWRKY13作為SA信號(hào)途經(jīng)的激活子，JA信號(hào)途經(jīng)中的抑制子直接或間接調(diào)節(jié)SA、JA信號(hào)途經(jīng)的上下游基因參與抗??；Ryu等[56]研究發(fā)現(xiàn)，在防御信號(hào)分子中，OsWRKY45和WRKY62受到SA誘導(dǎo)，OsWRKY10、OsWRKY82、OsWRKY85受JA誘導(dǎo)，OsWRKY30、WRKY83同時(shí)響應(yīng)SA和JA誘導(dǎo)；GA和ABA信號(hào)通路交互作用研究OsWRKY51和OsWRKY71，在胚胎和糊粉層細(xì)胞中受ABA的誘導(dǎo)和GA的抑制。

4 展望

經(jīng)過(guò)十多年的時(shí)間，水稻中WRKY轉(zhuǎn)錄因子家族的研究取得了很大進(jìn)展。一些基因功能進(jìn)一步得到明確，作用機(jī)制得到解析，這些結(jié)果為進(jìn)一步深入研究奠定了良好的基礎(chǔ)。但是由于水稻W(wǎng)RKY基因數(shù)量龐大，各基因之間可能存在冗余調(diào)節(jié)的作用，并且基因的調(diào)控也不僅僅是單一的途經(jīng)，而是一個(gè)復(fù)雜的動(dòng)態(tài)網(wǎng)絡(luò)，因而對(duì)水稻W(wǎng)RKY家族功能解析仍是一個(gè)重大挑戰(zhàn)。利用生物信息學(xué)分析、突變體表型分析、調(diào)控網(wǎng)絡(luò)分析和組學(xué)分析技術(shù)，更多WRKY基因功能和基因間相互作用將會(huì)被闡明，建立一個(gè)WRKY基因響應(yīng)逆境脅迫的調(diào)控網(wǎng)絡(luò)，明確每個(gè)基因在調(diào)控網(wǎng)絡(luò)中的位置和作用也將成為可能。另外，隨著部分水稻W(wǎng)RKY基因抗逆功能的解析，應(yīng)用這些基因進(jìn)行作物改良和分子育種，將是另一大研究方向。

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Research Progresses on WRKY Transcritption Factors Family in Rice(Oryzasativa)

LIU Mengjia1,LI Haifeng1,2*

(1.College of Agronomy,Northwest A&F University/State Key Laboratory of Crop Stress Biology for Arid Areas,Yangling 712100,China; 2.Xinjiang Agricultural Vocational Technical College,Changji 831100,China)

In this paper,we reviewed the functions of rice WRKY transcription factors on response to stress,regulation in developmental and metabolic process.Furthermore,progresses in expression pattern and molecular mechanism were introduced,and a short prospect in function analysis was made.

rice； WRKY transcription factors； biotic stress； abiotic stress； stress response

2015-10-10

陜西省自然科學(xué)基金項(xiàng)目(2014JM3065)；高等學(xué)校中央基本科研業(yè)務(wù)費(fèi)項(xiàng)目(2014ZZ009)；西北農(nóng)林科技大學(xué)引進(jìn)人才科研啟動(dòng)項(xiàng)目(Z111021201)

劉夢(mèng)佳(1990-)，女，河南許昌人，在讀碩士研究生，研究方向：水稻W(wǎng)RKY轉(zhuǎn)錄因子。 E-mail:liumengjia1120@163.com

*通訊作者：李海峰(1970-)，男，河南南陽(yáng)人，副教授，博士，主要從事植物發(fā)育分子生物學(xué)方面的研究。 E-mail:lhf@nwsuaf.edu.cn

S685

A

1004-3268(2016)03-0001-08